(57)【要約】【課題】本発明は、乾式メタン発酵を用い、処理対象である有機廃棄物の含水率を調節し、窒素濃度を低下させる方法及びそのための手段を提供することを目的とする。【解決手段】乾式メタン発酵槽１００と、炭化システム１０６とを備えた乾式メタン発酵システムにおいて、低含水率の有機廃棄物を、炭化システム１０６において高温炭化し、含水率調整材及び窒素濃度調整材としての炭化物を得る。そして、前処理された高含水率の有機性廃棄物に、前記炭化物を混合した後に、その混合物を乾式メタン発酵させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物に炭化物を混合して有機混合物を得る工程と、
前記有機混合物をメタン発酵させる工程と
を含むことを特徴とする乾式メタン発酵法。
【請求項２】
前記炭化物が高温炭化された炭化物であることを特徴とする請求項１に記載の乾式メタン発酵法。
【請求項３】
前記炭化物が木炭であることを特徴とする請求項１または２に記載の乾式メタン発酵法。
【請求項４】
炭化物を生成する炭化システムと、
有機性廃棄物と前記炭化物との有機混合物をメタン発酵するための乾式メタン発酵槽と、
を備えることを特徴とする乾式メタン発酵システム。
【請求項５】
メタン発酵される有機性廃棄物に混合するための、炭化物からなる含水率調整材。
【請求項６】
メタン発酵される有機性廃棄物に混合するための、炭化物からなる窒素濃度調整材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵させるための乾式メタン発酵法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機廃棄物から資源を回収する有効な方法として、メタン発酵を利用するものがある。メタン発酵は、固形の有機物の割合が例えば１０％以下であるような、工場排水、有機性排水、家畜糞尿などの、液状廃棄物に対して行われることが多く、このタイプの方法は湿式メタン発酵と呼ばれる。しかし、湿式メタン発酵の際に多量に排出される発酵後の廃水の処理には、初期費用や運用費用などを含め、多大な経費を要する。また、発酵の際、ゆっくり攪拌する必要があり、その際の攪拌エネルギーも必要となる。
【０００３】
固形物の割合が高い場合、このような湿式メタン発酵を利用するためには、水などの液体を加えることによって希釈し、スラリー状にする。しかし、発酵前に加水し、処理容積が増加するため、処理効率が悪くなり、さらに、加えた液体は結局廃水として処理しなければならなくなる。
【０００４】
一方、固形物が例えば１０％以上、より典型的には２０％以上という高い割合を占める廃棄物に対して、加水せずに非浸水状態でメタン発酵を行う方法があり、これは乾式メタン発酵と呼ばれている。乾式メタン発酵では、発酵槽内の固形物を希釈せずに処理することができるため、処理容積が増加することはなく、発酵残渣の含水率が低く、発酵後の廃水処理が不要である。また、メタン発酵を乾式状態で行うため、システム全体を、扱いやすく、シンプルなものにすることができる。従って、上記湿式メタン発酵より、かなりコストの低減化を計れる。
【０００５】
このようなメタン発酵法において、糞尿や生ゴミなどの窒素含有率の高い有機廃棄物を処理する場合、アンモニアイオン性窒素濃度が高いと、メタン発酵阻害を招くことが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】R.E.Speece原著、松井三郎・高島正信監訳、「産業廃水処理のための嫌気性バイオテクノロジー」技報堂出版、１９９９年発行、２９３〜２９６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
湿式メタン発酵の場合、水で希釈することにより比較的容易に窒素濃度を低下させることができるが、その場合、排水量がさらに増加し、排水処理のコストが一層上がることになる。
【０００７】
そこで、本発明は、乾式メタン発酵を用い、処理対象である有機廃棄物の含水率を調節し、窒素濃度を低下させる方法及びそのための手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の乾式メタン発酵法は、有機性廃棄物に炭化物を混合して有機混合物を得る工程と、前記有機混合物をメタン発酵させる工程とを含むことを特徴とする。前記炭化物が高温炭化された炭化物であることが好ましい。また、前記炭化物が木炭であってもよい。
【０００９】
さらに、本発明の乾式メタン発酵システムは、炭化物を生成する炭化システムと、有機性廃棄物と前記炭化物との有機混合物をメタン発酵するための乾式メタン発酵槽とを備える。
【００１０】
さらに、本発明の含水率調整材及び窒素濃度調整材は、メタン発酵される有機性廃棄物に混合するための、炭化物からなる含水率調整材及び窒素濃度調整材である。この炭化物は、有機廃棄物を炭化して生成させることが好ましく、高温炭化して生成させることがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、乾式メタン発酵を用い、処理対象である有機廃棄物の含水率を調節し、窒素濃度を低下させる方法及びそのための手段を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る乾式メタン発酵システムとそれを用いた乾式メタン発酵法の一構成例について説明する。なお、本発明の目的、特徴、利点及びそのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであろう。以下に記載された発明の実施の形態は、本発明の好ましい態様を示すものであり、例示または説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図並びに範囲内で、本明細書に記した記載に基づき、様々な改変並びに修飾ができることは、当業者には明らかである。
【００１３】
＝＝メタン発酵システム＝＝
本発明による乾式メタン発酵システムの一実施形態は、図１に示すように、乾式メタン発酵槽１００、第１の有機性廃棄物（高含水率）の前処理システム１０２、第２の有機性廃棄物（低含水率）の前処理システム１０４と炭化システム１０６，混合装置１０８、メタンガス貯蔵・供給システム１１０、コ・ジェネレーションシステム１１２、残渣処理装置１１４を含む。
【００１４】
排水処理で発生する下水の活性汚泥ケーキや、家庭から出された生ゴミや農家からの糞尿のような高含水率の有機性廃棄物は、前処理システム１０２で処理される。このシステムは異物分別装置（図示せず）及び粉砕装置（図示せず）等を備える。まず、収集された生ゴミや糞尿から、異物分別装置によって、メタン発酵で処理できないプラスティックなどの非有機性廃棄物を除去し、ほとんど有機物だけから成る廃棄物にする。分別された有機性廃棄物を、粉砕装置によって、あとの処理に適当な大きさに粉砕する。
【００１５】
一方、低含水率の有機性廃棄物を、前処理システム１０４によって、上記前処理システム１０２と同様に前処理する。低含水率の有機性廃棄物が、廃木材、流木、間伐材などの木質系廃棄物である場合、前処理システム１０４をチップ化装置２１６とし、木質系廃棄物をチップ状にしてもよい（図２参照）。この前処理済みの有機性廃棄物を、炭化システム１０６で、高温で炭化させることにより、炭化物にする。低温で炭化させると、炭化物のｐＨが酸性側に傾くので、少なくとも炭化物がアルカリ性になる程度の高温で焼くのが好ましく、例えば７００℃以上が好ましい。このような高温で炭化させることにより、炭化物がアルカリ性になるばかりでなく、炭化物に残存する有機物などの揮発成分が減少し、比表面積が大きくなるといった利点がある。なお、この際、炭化システム１０６で生じた廃熱は、乾式メタン発酵槽の加温や発酵残渣の乾燥などの熱エネルギーとして用いることもできる。こうして生成した炭化物は、乾式メタン発酵システムのみならず、湿式メタン発酵システムや様々なシステムにおける含水率調整材及び窒素濃度調整材として用いることができる。
【００１６】
前処理システム１０２で粉砕された有機性廃棄物と、含水率調整材及び窒素濃度調整材としての炭化物とを、混合装置１０８で混合する。この際、メタン発酵に必要な嫌気性細菌などの細菌群を含む種汚泥として、メタン発酵残渣も一緒に混合する。種汚泥の量は、有機性廃棄物の性状などにより、適宜調節する。なお、ここで用いられる炭化物は、炭化システム１０６で炭化されたものでもよいが、それに限られない。
【００１７】
このように、炭化物を使用して、有機性廃棄物の含水率を調節し、窒素含有率を低下させられるので、この乾式メタン発酵システムによって、高含水率で窒素を高濃度に含む、排水処理で発生する下水の活性汚泥ケーキや、生ゴミや糞尿等を処理できるようになる。また、ｐＨがアルカリ性である高温炭化した炭化物を使用することにより、精製された混合物のｐＨを適度に調製することができる。なお、炭化物以外に、麦藁、おがくず、米糠、剪定枝、古紙などの含水率調整材をさらに加え、混合してもよい。
【００１８】
こうして調製された混合物を乾式メタン発酵槽１００に投入し、後述するメタン発酵法によって、有機廃棄物をメタン発酵させる。
【００１９】
メタン発酵によって発生したメタンガスを集気し、メタンガス貯蔵・供給システム１１０に送る。メタンガス貯蔵・供給システム１１０は、脱硫装置（図示せず）やメタンガス貯蔵装置（図示せず）等を備える。このシステムでは、乾式メタン発酵槽１００から送られたメタンガスをブロア等で増圧して脱硫装置を用いて硫化水素を除去し、メタンガス貯蔵装置に貯蔵する。あるいは、集気したメタンガスを、脱硫せずにメタンガス貯蔵装置に貯蔵してもよいが、その場合でも、メタンガスを利用する前に、ブロア等による増圧及び脱硫装置による硫化水素除去を行う。
【００２０】
このようにして得られたメタンガスは、メタンガス貯蔵・供給システム１１０からコ・ジェネレーションシステム１１２に供給され、電力エネルギーや熱エネルギーとして利用される。
【００２１】
一方、乾式メタン発酵槽１００から排出される発酵残渣は、残渣処理装置１１４に送られ、乾燥装置（図示せず）によって乾燥後、堆肥化され再利用されたり、乾留され炭化物として処理されたりする。この乾燥に際し、炭化システム１０６で生じた廃熱や、コ・ジェネレーションシステム１１２で生じた熱エネルギーの一部を、乾燥のための熱エネルギーに用いてもよい。また、乾燥させた残渣は炭化システム１０６に戻してもよく、その場合、炭化物として混合装置１０８に添加されることになる（図３参照）。
【００２２】
なお、本システムで、発酵の際に炭化物として木炭を加えると、木炭混入堆肥が得られるが、木炭は通気性を良くし、土壌改良的機能があるため、木炭の混入は堆肥を非常に有用なものにする。
【００２３】
このように、本発明の乾式メタン発酵システムによって、木質系廃棄物を含む有機性廃棄物の幅広い利用が可能になる。
【００２４】
＝＝メタン発酵法＝＝
図４は、乾式メタン発酵槽１００の一例の全体構成図である。その乾式メタン発酵槽の壁の断面図を図５に示す。
【００２５】
本実施形態の乾式メタン発酵槽１００は、例えばコンクリート製であり、下部が絞られた角柱状の形状を持つ。図５に示すように、コンクリート壁３０１は、温水管３０２及び断熱材３０６を備える。本実施形態では、図４に示すように、温水管を２つの部分３０２、３０４に分けることにより、細かい温度調節ができるようにする。
【００２６】
本実施形態では、さらに、コンクリート壁３０１の内側に、壁３０１と平行に、多孔パネル３２０を設ける。多孔パネル３２０は、例えばステンレス製で、１００−２００μｍの小孔が無数に空いているものにする。多孔パネル３２０とコンクリート壁３０１の間の空間は有機廃棄物３１４内でメタン発酵により発生したメタンガスのガス通路となり、メタンガスが、より安定に上部の空間３１８に排出されるように機能する。上部の空間３１８に集気されたメタンガスは、排出口３０８を通して発酵槽１００外部に排出される。また、発酵槽１００には、残渣排出口３１０、排出量を調節する排出装置３１２を設ける。
【００２７】
以上の構成を持つメタン発酵槽１００を用いて、メタン発酵を行う。まず、このメタン発酵槽１００に、混合装置１０８で混合された、有機性廃棄物、含水率調整材及び窒素濃度調整材としての木炭、及び種汚泥としてのメタン発酵残渣の有機混合物３１４を投入する。この種汚泥としてのメタン発酵残渣は、この発酵槽１００自体から排出された発酵残渣を用いてもよい。その発酵残渣の量は、有機性廃棄物の性状に応じて適宜調節する。投入された有機混合物３１４は、最初の数日間は、酸生成に供される。即ち、様々な通性嫌気性菌によって、有機廃棄物内の糖などの炭水化物はアルコールや低分子の有機酸に、脂肪は脂肪酸に、タンパク質はアミノ酸等に分解される。その後、分解産物であるアルコールや有機酸から、メタン細菌によってメタンが生成される。
【００２８】
有機混合物３１４内で生成されたメタンは、有機混合物３１４の隙間や多孔パネル３２０とコンクリート壁３０１の間の空間を通じて、有機混合物収容部３１６の上部の空間３１８に流入し、生成されたメタンそれ自体の圧力によって、排出口３０８を通じて、メタンガス貯蔵・供給システム１１０に運ばれ、集気される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態の乾式メタン発酵システムの全体構成図である。
【図２】本発明の異なる実施形態の乾式メタン発酵システムの全体構成図である。
【図３】本発明のさらに異なる実施形態の乾式メタン発酵システムの全体構成図である。
【図４】本発明の一実施形態の乾式メタン発酵槽の全体構成図である。
【図５】図４の乾式メタン発酵槽の壁の断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００  乾式メタン発酵槽
１０２  有機性廃棄物（高含水）の前処理システム
１０４  有機性廃棄物（低含水）の前処理システム
１０６  炭化システム
１０８  混合装置
１１０  メタンガス貯蔵・供給システム
１１２  コ・ジェネレーションシステム
１１４  残渣処理装置
２１６  木質系廃棄物のチップ化装置
３０１  コンクリート壁
３０２，３０４  温水管
３０６  断熱材
３０８  メタンガス排出口
３１０  残渣排出口
３１２  排出装置
３１４  有機混合物
３１６  有機混合物収容部
３１８  空間
３２０  多孔パネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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